一種三支鏈六自由度并聯(lián)機器人機構(gòu)的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開一種三支鏈六自由度并聯(lián)機器人機構(gòu)，包括靜平臺、動平臺和連接在靜動平臺之間均勻分布的三個結(jié)構(gòu)相同的運動支鏈，其特征在于所述每一個運動支鏈包括：一個五轉(zhuǎn)動副平面運動鏈和上、下兩個虎克鉸；五轉(zhuǎn)動副平面運動鏈?zhǔn)怯伤膫€下連桿和靜平臺組成的平面五邊形及五個轉(zhuǎn)動副構(gòu)成，其中，靜平臺固定作為機架，四個下連桿中包括兩個連架桿和中間兩桿，五個轉(zhuǎn)動副的軸線相互平行，并均垂直于五轉(zhuǎn)動副平面運動鏈組成的平面，五轉(zhuǎn)動副平面運動鏈中兩個連架桿的轉(zhuǎn)動作為該機構(gòu)的驅(qū)動；下虎克鉸安裝在五轉(zhuǎn)動副平面運動鏈的中間兩桿的鉸接處，并通過一個上連桿與上虎克鉸連接，上虎克鉸同時與動平臺連接。
【專利說明】
一種三支鏈六自由度并聯(lián)機器人機構(gòu)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實用新型涉及機械學(xué)領(lǐng)域的機器人技術(shù)，具體為一種三支鏈六自由度并聯(lián)機器人機構(gòu)?！颈尘凹夹g(shù)】
[0002]Stewart機構(gòu)(S卩6-SPS機構(gòu))是一種六自由度并聯(lián)機器人機構(gòu)。它由動平臺、靜平臺及連接動、靜平臺的六條相同的運動鏈(SPS)組成。每條運動鏈中含有一個聯(lián)接動平臺的球鉸(S)、一個移動副(P)和一個聯(lián)接靜平臺的球鉸(S)，Stewart機構(gòu)廣泛應(yīng)用于運動模擬器、數(shù)控機床、微操作機器人、空間對接等諸多現(xiàn)代尖端技術(shù)領(lǐng)域。現(xiàn)有的六自由度三支鏈并聯(lián)機器人機構(gòu)(如專利申請?zhí)?01210227966.X)所述及的機構(gòu)為六自由度三支鏈，由于其同時含有螺旋副和移動副，使結(jié)構(gòu)和制造工藝復(fù)雜、成本尚。
[0003]DELTA機器人機構(gòu)是一種含有閉環(huán)子鏈、且具有三個自由度移動的并聯(lián)機器人機構(gòu)。它有兩個三角形平臺，即位于上方的基座平臺和位于下方的運動平臺，基座平臺的三邊通過三條完全相同的運動鏈，分別連接到運動平臺的三條邊上。每條運動鏈有一個由四個回轉(zhuǎn)副與桿件組成的平行四邊形閉環(huán)運動鏈，此閉環(huán)運動鏈再與一個帶驅(qū)動關(guān)節(jié)的驅(qū)動臂相串聯(lián)，這三條運動鏈決定了運動平臺的運動特性。借鑒DELTA機構(gòu)，現(xiàn)有的三支鏈六自由度并聯(lián)機器人機構(gòu)所述及的機構(gòu)為三支鏈六自由度(如201410693191.4號專利申請)，該機構(gòu)由于在各支鏈中間含有平行四邊形運動鏈，因而造成機構(gòu)整體剛度不高，承載能力不強， 限制了該機構(gòu)的使用范圍。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本實用新型擬解決的技術(shù)問題是:提供一種三支鏈六自由度并聯(lián)機器人機構(gòu)。該機構(gòu)可以實現(xiàn)六個自由度的運動，但只采用了轉(zhuǎn)動副和虎克鉸，且每個支鏈均有兩個連架桿與靜平臺連接，從而使機構(gòu)和制造工藝簡單、成本低，且機構(gòu)整體剛度高、承載能力強。
[0005]本實用新型解決所述技術(shù)問題的技術(shù)方案是:設(shè)計一種三支鏈六自由度并聯(lián)機器人機構(gòu)，包括靜平臺、動平臺和連接在靜動平臺之間均勻分布的三個結(jié)構(gòu)相同的運動支鏈， 其特征在于所述每一個運動支鏈包括:一個五轉(zhuǎn)動副平面運動鏈和上、下兩個虎克鉸;五轉(zhuǎn)動副平面運動鏈?zhǔn)怯伤膫€下連桿和靜平臺組成的平面五邊形及五個轉(zhuǎn)動副構(gòu)成，其中，靜平臺固定作為機架，四個下連桿中包括兩個連架桿和中間兩桿，五個轉(zhuǎn)動副的軸線相互平行，并均垂直于五轉(zhuǎn)動副平面運動鏈組成的平面，五轉(zhuǎn)動副平面運動鏈中兩個連架桿的轉(zhuǎn)動作為該機構(gòu)的驅(qū)動；下虎克鉸安裝在五轉(zhuǎn)動副平面運動鏈的中間兩桿的鉸接處，并通過一個上連桿與上虎克鉸連接，上虎克鉸同時與動平臺連接;下虎克鉸的第一個轉(zhuǎn)軸的軸線與連接五轉(zhuǎn)動副平面運動鏈中間兩桿的轉(zhuǎn)動副的軸線共線，上下虎克鉸在連接它們的上連桿上的轉(zhuǎn)軸相互平行，三個結(jié)構(gòu)相同的運動支鏈中所述上虎克鉸的第二個轉(zhuǎn)軸的軸線的相互位置關(guān)系為相互平行、兩兩相交有三個交點或者兩兩相交只有一個交點。
[0006]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型所述三支鏈六自由度并聯(lián)機器人機構(gòu)的三個相同運動支鏈中均只含轉(zhuǎn)動副和虎克鉸，制造工藝簡單、成本低;每個支鏈都有兩個連架桿連接在靜平臺上，使機構(gòu)剛度大、承載能力強;且所述的三個相同運動支鏈與靜平臺連接的轉(zhuǎn)動副作為機構(gòu)的驅(qū)動運動副，這兩個驅(qū)動的電機均固定安裝在靜平臺上，從而可降低運動部件的質(zhì)量，具有更好的動態(tài)特性?！靖綀D說明】
[0007]圖1為本實用新型三支鏈六自由度并聯(lián)機器人機構(gòu)一種實施例的整體形狀結(jié)構(gòu)示意圖。
[0008]圖2為本實用新型三支鏈六自由度并聯(lián)機器人機構(gòu)一種實施例的第一運動支鏈形狀結(jié)構(gòu)示意圖。
[0009]圖3為本實用新型三支鏈六自由度并聯(lián)機器人機構(gòu)一種實施例的第二運動支鏈形狀結(jié)構(gòu)示意圖。
[0010]圖4為本實用新型三支鏈六自由度并聯(lián)機器人機構(gòu)一種實施例的第三運動支鏈形狀結(jié)構(gòu)示意圖?！揪唧w實施方式】
[0011]下面結(jié)合實施例及附圖進(jìn)一步敘述本實用新型，但實施例不限制本申請的權(quán)利要求保護(hù)范圍。
[0012]本實用新型設(shè)計的三支鏈六自由度并聯(lián)機器人機構(gòu)(簡稱機構(gòu)，參見圖1、2、3、4) 包括:靜平臺1、動平臺2以及連接在靜平臺1和動平臺2之間的三個結(jié)構(gòu)相同的運動支鏈，即第一運動支鏈A、第二運動支鏈B和第三運動支鏈C，三個運動支鏈A、B、C繞動靜平臺中心點均勻分布。每一個運動支鏈結(jié)構(gòu)尺寸均相同?，F(xiàn)以第一運動支鏈A(參見圖2)為例具體說明。 第一運動支鏈A包括:一個五轉(zhuǎn)動副平面運動鏈A1和上、下兩個虎克鉸A4及A2;五轉(zhuǎn)動副平面運動鏈A1是由四個下連桿六11、412、413和六14以及靜平臺1組成的平面五邊形及五個轉(zhuǎn)動畐1仏15^16)17)18^19構(gòu)成，其中，靜平臺1固定作為機架，四個下連桿六11^12^13、八14 中包括兩個連架桿A11、A14和中間兩桿A12、A13,五個轉(zhuǎn)動副六15^16^17^18^19的軸線相互平行，并均垂直于五轉(zhuǎn)動副平面運動鏈A1組成的平面，五轉(zhuǎn)動副平面運動鏈A1中兩個連架桿All和A14的轉(zhuǎn)動作為該機構(gòu)的驅(qū)動;下虎克鉸A2安裝在五轉(zhuǎn)動副平面運動鏈A1的中間兩桿A12、A13的鉸接處，并通過一個上連桿A3與上虎克鉸A4連接，上虎克鉸A4同時與動平臺2連接。下虎克鉸A2的第一個轉(zhuǎn)軸A21的軸線與連接五轉(zhuǎn)動副平面運動鏈A1中間兩桿A12、 A13的轉(zhuǎn)動副A17的軸線共線，上下虎克鉸A4、A2在連接它們的上連桿A3上的轉(zhuǎn)軸A41、A22相互平行，三個結(jié)構(gòu)相同的運動支鏈A、B、C中所述的上虎克鉸A4、B4、C4的第二個轉(zhuǎn)軸A42、B42 和C42的軸線的相互位置關(guān)系為相互平行、兩兩相交有三個交點或者兩兩相交只有一個交點。實施例的三個結(jié)構(gòu)相同的運動支鏈A、B、C中所述的上虎克鉸A4、B4、C4的第二個轉(zhuǎn)軸 A42、B42和C42的軸線相互平行。
[0013]本實用新型機構(gòu)中，所述的第二運動支鏈B，包括B1(含B11、B12、B13、B14、B15、 816、817、818、819)、82(含821、822)、83、84(含841、842);所述的第三運動支鏈(:，包括(:1(含 (:11、(:12、(:13、(:14、(:15、(:16、(:17、(:18、(:19)、〇2(含〇21、〇22)、〇3、〇4(含〇41、〇42)，其結(jié)構(gòu)形狀、尺寸、功能均與所述第一運動支鏈A中的A1 (含A11、A12、A13、A14、A15、A16、A17、A18、 八19)、厶2(含厶21、厶22)、厶3、厶4(含厶41、厶42)相同。
[0014]本實用新型機構(gòu)中，所述上連桿A3和五轉(zhuǎn)動副平面運動鏈A1中的四個下連桿All、 A12、A13、A14的橫截面形狀不受限定，可以是正方形、長方形或圓形等常用形狀。在不影響轉(zhuǎn)動副和虎克鉸轉(zhuǎn)動的情況下，所述上連桿A3和五轉(zhuǎn)動副平面運動鏈A1中的四個下連桿 A11、A12、A13、A14也可以是其他截面形狀。
[0015]本實用新型機構(gòu)中，在不影響所述并聯(lián)機器人機構(gòu)自由運動的情況下，所述靜平臺1和動平臺2的結(jié)構(gòu)形狀為三角形、矩形或圓形，靜平臺1和動平臺2的結(jié)構(gòu)形狀可以相同， 也可以不相同；還可以為其他任意形狀，不受限定;實施例的動平臺2結(jié)構(gòu)形狀為三角形，靜平臺1結(jié)構(gòu)形狀為圓形。
[0016]本實用新型機構(gòu)中，在不影響所述并聯(lián)機器人機構(gòu)自由運動的情況下，所述三個結(jié)構(gòu)相同的運動支鏈A、B、C中的五轉(zhuǎn)動副平面運動鏈A1、B1、C1組成的三個平面兩兩相交共有三條交線，或者三個平面兩兩相交僅有一條交線。實施例的三個結(jié)構(gòu)相同的運動支鏈A、 B、C中的五轉(zhuǎn)動副平面運動鏈A1、B1、C1組成的三個平面兩兩相交共有三條交線。[〇〇17]本實用新型機構(gòu)的工作原理和過程是(參見圖1-4):在靜平臺1上可以分別安裝驅(qū)動電機，用來分別控制連架桿六11、414、811、814、(:11、(:14的轉(zhuǎn)動輸入，即控制轉(zhuǎn)動副六15、 八19、815、819、(:15、(:19的轉(zhuǎn)動。當(dāng)三個運動支鏈4、8、(:所述轉(zhuǎn)動副415^19、815、819、(:15、 C19共同被驅(qū)動時，通過五轉(zhuǎn)動副平面運動鏈A1、B1、C1的平面移動和轉(zhuǎn)動副A17、B17、C17的轉(zhuǎn)動，可帶動下虎克鉸A2、B2、C2移動及轉(zhuǎn)動，通過連桿A3、B3、C3進(jìn)而帶動上虎克鉸A4、B4、 C4移動及轉(zhuǎn)動，從而驅(qū)動動平臺2運動，即可以實現(xiàn)六自由度的運動。
[0018]本實用新型機構(gòu)的突出優(yōu)點在于，采用了較少的運動支鏈，動平臺2即可以實現(xiàn)六個自由度的運動，結(jié)構(gòu)簡單;該機構(gòu)只含轉(zhuǎn)動副和虎克鉸，制造工藝簡單、成本低;每個支鏈都有兩個連架桿連接在靜平臺1上，使機構(gòu)剛度大、承載能力強;每個支鏈的兩個驅(qū)動的驅(qū)動電機均安裝在靜平臺1上，從而可以降低運動部件的質(zhì)量，具有較好的動態(tài)性能，能實現(xiàn)高速運動，因此可以擴大并聯(lián)機器人機構(gòu)的應(yīng)用領(lǐng)域。
[0019]本實用新型未述及之處適用于現(xiàn)有技術(shù)。
【主權(quán)項】
1.一種三支鏈六自由度并聯(lián)機器人機構(gòu)，包括靜平臺、動平臺和連接在靜動平臺之間 均勻分布的三個結(jié)構(gòu)相同的運動支鏈，其特征在于所述每一個運動支鏈包括:一個五轉(zhuǎn)動 副平面運動鏈和上、下兩個虎克鉸;五轉(zhuǎn)動副平面運動鏈?zhǔn)怯伤膫€下連桿和靜平臺組成的 平面五邊形及五個轉(zhuǎn)動副構(gòu)成，其中，靜平臺固定作為機架，四個下連桿中包括兩個連架桿 和中間兩桿，五個轉(zhuǎn)動副的軸線相互平行，并均垂直于五轉(zhuǎn)動副平面運動鏈組成的平面，五 轉(zhuǎn)動副平面運動鏈中兩個連架桿的轉(zhuǎn)動作為該機構(gòu)的驅(qū)動;下虎克鉸安裝在五轉(zhuǎn)動副平面 運動鏈的中間兩桿的鉸接處，并通過一個上連桿與上虎克鉸連接，上虎克鉸同時與動平臺 連接;下虎克鉸的第一個轉(zhuǎn)軸的軸線與連接五轉(zhuǎn)動副平面運動鏈中間兩桿的轉(zhuǎn)動副的軸線 共線，上下虎克鉸在連接它們的上連桿上的轉(zhuǎn)軸相互平行，三個結(jié)構(gòu)相同的運動支鏈中所 述上虎克鉸的第二個轉(zhuǎn)軸的軸線的相互位置關(guān)系為相互平行、兩兩相交有三個交點或者兩 兩相交只有一個交點。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三支鏈六自由度并聯(lián)機器人機構(gòu)，其特征在于所述上連桿和 五轉(zhuǎn)動副平面運動鏈中的四個下連桿橫截面形狀是正方形、長方形或圓形。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三支鏈六自由度并聯(lián)機器人機構(gòu)，其特征在于所述靜平臺和 動平臺的結(jié)構(gòu)形狀為三角形、矩形或圓形，靜平臺和動平臺兩者的結(jié)構(gòu)形狀相同或不相同。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三支鏈六自由度并聯(lián)機器人機構(gòu)，其特征在于所述三個結(jié)構(gòu) 相同的運動支鏈中的五轉(zhuǎn)動副平面運動鏈組成的三個平面兩兩相交共有三條交線，或者三 個平面兩兩相交僅有一條交線。
【文檔編號】B25J9/08GK205572419SQ201620409477
【公開日】2016年9月14日
【申請日】2016年5月9日
【發(fā)明人】張建軍, 李啟騰, 王曉慧, 李為民, 曾慶勉, 張雷
【申請人】河北工業(yè)大學(xué)